專利名稱：改進(jìn)的導(dǎo)電聚合物器件及其加工方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般地涉及導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)(PTC)器件。特別是，涉及層狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)器件，該結(jié)構(gòu)具有不止一層的導(dǎo)電聚合物PTC材料，特別地構(gòu)成用于表面安裝中。
包含由導(dǎo)電聚合物制成的元件的電子器件日益流行起來，在許多地方都有應(yīng)用。這些器件獲得了廣泛的應(yīng)用，例如，在過電流保護(hù)和自調(diào)節(jié)加熱器中，使用了具有電阻正溫度系數(shù)的聚合物材料。在如下的美國專利中，披露了一些有關(guān)正溫度系數(shù)(PTC)聚合物材料和包含這種材料的器件的例子3,823,217-Kampe4,237,441-van Konynenburg4,238,812-Middleman等4,317,027-Middleman等4,329,726-Middleman等4,413,301-Middleman等4,426,633-Taylor4,445,026-Walker4,481,498-McTavish等4,545,926-Fouts，Jr等4,639,818-Cherian4,647,894-Ratell4,647,896-Ratell4,685,025-Carlomagno4,774,024-Deep等4,689,475-Kleiner等
4,732,701-Nishii等4,769,901-Nagahori4,787,135-Nagahori4,800,253-Kleiner等4,849,133-Yoshida等4,876,439-Nagahori4,884,163-Deep等4,907,340-Fangz等4,951,382-Jacobs等4,951,384-Jacobs等4,955,267-Jacobs等4,980,541-Shafe等5,049,850-Evans5,140,297-Jacobs等5,171,774-Ueno等5,174,924-Yamada等5,178,797-Evans5,181,006-Shafe等5,190,697-Ohkita等5,195,013-Jacobs等5,227,946-Jacobs等5,241,741-Sugaya5,250,228-Baigrie等5,280,263-Sugaya5,358,793-Hanada等導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)器件的一種普通結(jié)構(gòu)類型可能被描述為一種層狀結(jié)構(gòu)。層狀導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)器件包括夾在一對金屬電極中間的一層導(dǎo)電聚合物材料，優(yōu)選電極為高導(dǎo)電性薄金屬箔材。例如如下一些美國專利4,426,633-Taylor；5,089,801-Chan；4,937,551-Plasko；4,787,135-Nagahori；5,669,607-McGuire等；和5,802,709-Hogge等；以及國際公開號為W097/06660和WO98/12715的國際專利。
這種技術(shù)的一種相對較新的發(fā)明是多層的層狀器件，其中含有兩層或多層導(dǎo)電聚合物材料，這些材料被金屬電極層(典型材料為金屬箔材)交替隔開，最外層同樣是金屬電極。這樣做的結(jié)果是該器件在單個封裝內(nèi)包括兩個或多個并聯(lián)的導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)器件。這種多層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是減小了器件在電路板上占用的表面面積(“底座”)，與單層器件相比具有更高的載流能力。
為了滿足電路板上更高的器件密度的要求，工業(yè)中的發(fā)展趨勢是，作為一種節(jié)約空間的措施，增加表面安裝器件的使用。迄今市售的表面安裝的導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)器件通常局限于在耐受電流為2.5安培以下的情況下使用，且封裝的安裝占用面積通常為9.5毫米×7.5毫米。近來，已開始使用安裝占用面積約為4.7毫米×3.4毫米、耐受電流約為1.1安培的器件。按照當(dāng)前的表面安裝技術(shù)(SMT)標(biāo)準(zhǔn)來看，這個安裝占用面積仍然較大。
設(shè)計特別小的表面安裝技術(shù)導(dǎo)電聚合物器件的主要限制因素在于有限的表面面積和較低的電阻率限制，后者可以通過在聚合物材料上面加一層導(dǎo)電填料(典型填料為碳黑)來實現(xiàn)。制造體積電阻率約小于0.2歐姆一厘米的有效器件是不現(xiàn)實的。首先，制造過程中處理這么低的體積電阻率具有內(nèi)在的困難。其次，具有這種低體積電阻率的器件不能表現(xiàn)出這么大的正溫度系數(shù)效果，因而在電路保護(hù)器件中并非十分有用。
導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)器件的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程可給出如下(1)0＝[I2R(f(Td))]-[U(Td-Ta)]，其中I表示通過器件的穩(wěn)態(tài)電流；R(f(Td))表示器件的電阻，為其溫度和“電阻/溫度函數(shù)”或“R/T曲線”特性的函數(shù)；U表示該器件的有效熱傳導(dǎo)系數(shù)；Td是器件的溫度；Ta為環(huán)境溫度。
這種器件的“耐受電流”可定義為將器件從低電阻狀態(tài)跳到高電阻狀態(tài)的I值。對于一個給定的器件，U是確定的，增加耐受電流的惟一方法就是降低R的值。
任一電阻器件的電阻控制方程可以表達(dá)為(2)R＝ρL/A，其中ρ為電阻材料的體積電阻率，單位為歐姆-厘米；L為經(jīng)過器件的電流通路長度，單位為厘米；A為電流通路的有效橫截面面積，單位為平方厘米。
因此，R的值或者可以通過降低體積電阻率ρ而減小，或者可以通過增加器件的斷面面積A來減小。
可以通過提高添加在聚合物上的導(dǎo)電填料的比例來降低體積電阻率ρ的值。這樣做的實際限制在上文已經(jīng)指出了。
一種減小電阻值R的更實際的方法是增加器件的斷面面積A。除了相對較為容易實現(xiàn)(從加工的觀點和使用有效的正溫度系數(shù)特性生產(chǎn)器件的觀點來看)外，這種方法還有另外一個優(yōu)點通常，當(dāng)器件的面積增加時，熱傳導(dǎo)系數(shù)的值也會增加，因此可以進(jìn)一步提高耐受電流的值。
然而，在表面安裝技術(shù)應(yīng)用中，有必要最小化器件底座的有效表面積。這對器件中正溫度系數(shù)元件的有效斷面面積形成了嚴(yán)重的制約。因此，對于底座給定的器件，對所能達(dá)到的耐受電流的最大值有一個內(nèi)在的限制。從另一面看，想要減小底座的面積，實際上只能通過降低耐受電流值來達(dá)到。
因此，對于表面安裝的導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)器件來說，有一個長期迫切的需要，就是既具有較小的底座，同時又能達(dá)到相對較高的耐受電流。申請人同時申請的一個序號為09/035196(該專利所披露的內(nèi)容已以參考的形式并入此處)的專利披露了一種多層表面安裝導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)器件，可以滿足以上要求，同時還披露了一種制造該器件的方法。不過，制造這種器件的更為有效和經(jīng)濟(jì)的方法還在研究之中。進(jìn)一步，對于給定的底座，更高的耐受電流仍然是所希望的。
在一方面，本發(fā)明為導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)器件，在一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，包括兩層層狀子結(jié)構(gòu)，每層包括一個導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)層，夾在一對金屬箔材層之間，其中而兩個層狀子結(jié)構(gòu)通過玻璃纖維加強(qiáng)環(huán)氧層(“半固化片”)彼此粘結(jié)在一起。每個層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個單個導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)器件，箔材層形成器件的電極。半固化層將兩器件粘結(jié)在一起，同時又將其彼此絕緣。電極通過鍍金屬的端接元件連接起來，形成一個雙層導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)器件，該器件包括兩個相互并聯(lián)的單層的導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)器件。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，端接元件配置成表面安裝引線。
特別是，其中兩個金屬層分別形成第一和第二外部電極，而剩余的兩個金屬層形成第一和第二內(nèi)部電極并由半固化粘結(jié)層從物理和電兩方面絕緣開。第一導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)元件位于第一外部電極和第一內(nèi)部電極之間，第二導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)元件位于第二內(nèi)部電極和第二外部電極之間。第一和第二端接元件形成后在物理上與兩個導(dǎo)電聚合物層接觸。電極交錯排列，這樣第一外部電極和第二內(nèi)部電極與第一端接元件電氣接觸，而第一內(nèi)部電極和第二外部電極與第二端接元件電氣接觸。端接元件之一作為輸入端，另一元件作為輸出端。
在這樣一種實施中，如果第一端接元件為輸入端，而第二端接元件為輸出端，那么輸入第一導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)元件的電流流經(jīng)第一外部電極，而輸入第二導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)元件的電流流經(jīng)第二內(nèi)部電極。第一導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)元件的輸出流經(jīng)第一內(nèi)部電極，第二導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)元件的輸出流經(jīng)第二外部電極。
因此，合成的器件在效果上等效于兩個并聯(lián)的正溫度系數(shù)器件。與單層器件相比，這種結(jié)構(gòu)具有大幅增加電流通道的有效橫截面積、而不增加底座的優(yōu)點。因此，對于給定底座來說，可以獲得較大的耐受電流。
在另一方面，本發(fā)明為一種制造上述器件的方法。本方法包括如下步驟(1)提供(a)第一層狀子結(jié)構(gòu)，包括夾在第一和第二金屬箔材層之間的第一導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)層，和(b)第二層狀子結(jié)構(gòu)，包括夾在第三和第四金屬箔材層之間的第二導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)層；(2)對第二和第三金屬層的選取的區(qū)域進(jìn)行絕緣，以分別形成內(nèi)部金屬條的第一和第二內(nèi)部陣列；(3)用第二和第三箔材層之間的半固化層將第一和第二層狀子結(jié)構(gòu)粘結(jié)起來形成層狀結(jié)構(gòu)，該層狀結(jié)構(gòu)包括夾在第一和第二箔材層之間的第一導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)層，夾在第二和第三箔材層之間的半固化層，以及夾在第三和第四箔材層之間的第二導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)層；(4)對第一和第四金屬層所選區(qū)域進(jìn)行絕緣，以分別形成外部金屬條的第一和第二外部陣列；(5)在每個外金屬條的外表面上形成大量絕緣區(qū)域；(6)形成許多第一引線，每個第一引線將第一內(nèi)部陣列上的內(nèi)部金屬條和第二外部陣列上的外部金屬條電氣連接；還形成許多第二引線，每個第二引線將第一外部陣列上的外部金屬條和第二內(nèi)部陣列上的內(nèi)部金屬條電氣連接，其中每個第一引線和第二引線之間都被第一和第二外部陣列的一個絕緣區(qū)隔離開。
更具體地，絕緣第二和第三金屬層的所選取的區(qū)域的步驟包括在第二和第三金屬層上蝕刻一系列平行的內(nèi)部直線絕緣縫隙，形成絕緣的平行金屬條的第一和第二內(nèi)部陣列。第二和第三金屬條上的內(nèi)部絕緣縫可以交錯排列，這樣第一內(nèi)部陣列上的絕緣金屬條相對第二內(nèi)部陣列上的金屬條錯開排列。換句話說，第一內(nèi)部陣列上的每個金屬條與第二內(nèi)部陣列上的相鄰兩個金屬條有部分重疊，由第三金屬層上的內(nèi)部絕緣縫隙隔離開，而第二內(nèi)部陣列上的每個金屬條位于第一內(nèi)部陣列上的兩個相鄰金屬條的一部分下，通過第二金屬層中的絕緣縫隙隔離開。
絕緣第一和第四金屬層的所選取的區(qū)域的步驟包括(a)形成一系列貫穿層狀結(jié)構(gòu)的平行直線槽，每個槽經(jīng)過第一內(nèi)部陣列的某一金屬條和第二內(nèi)部陣列的一個金屬條的重疊部分；(b)在每個第一和第四金屬層上各蝕刻一系列平行的直線外部絕緣縫隙，其中第一金屬層上的外部絕緣縫毗鄰第一系列槽，而第四金屬層上的外部絕緣縫毗鄰與第一系列交錯排列的第二系列槽。因此，絕緣金屬條的第一外部陣列包括第一金屬層上的第一類多數(shù)寬外部金屬條，每個金屬條位于槽和外部絕緣縫之間；而絕緣金屬條的第二外部陣列包括第四金屬層上的第一類多數(shù)寬外部金屬條，每個金屬條位于槽和外部絕緣縫之間，其中第一陣列的寬外部金屬條位于第二陣列上的寬外部金屬條形成的槽的對面。進(jìn)一步，因為連續(xù)槽之間的外部絕緣縫的不對稱間隔，每個外部絕緣縫將一個寬外部金屬條與一個窄外部金屬帶分隔開，并且每個槽一邊是窄外部金屬帶，另一邊是寬金屬條。
形成多數(shù)絕緣區(qū)域的步驟包括在層狀結(jié)構(gòu)的兩個外表面上用絲網(wǎng)印刷一層絕緣材料的步驟，這樣可以覆蓋每個寬外部金屬條和每個窄金屬帶的大部分(但不是全部)。絕緣層施加得使外部絕緣縫隙被絕緣材料填滿，但沿每個槽的每個寬外部金屬條的一部分留下不被覆蓋或者說仍然處于暴露狀態(tài)。沿每個槽的每個窄外部金屬帶的大部分也留下不被覆蓋。
形成第一和第二引線的步驟包括(a)在槽的內(nèi)壁表面和層狀結(jié)構(gòu)外表面上未被絕緣材料覆蓋的部分鍍金屬(例如銅)；(b)在鍍金屬表面上設(shè)鍍錫。這樣在槽的內(nèi)壁表面、窄外部金屬帶的裸露部分和寬外部金屬條的裸露部分上就施加了金屬鍍層和鍍錫。
制造工藝的最后步驟包括將所述層狀結(jié)構(gòu)分成許多單獨的導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)器件，每個器件具有上述的結(jié)構(gòu)。特別是，第一和第四金屬層上的寬外部金屬條由劃分這一步驟分別地形成為眾多的第一和第二外部電極，同時第一和第二內(nèi)部陣列上的絕緣金屬區(qū)域分別形成為眾多的第一和第二內(nèi)部電極。
盡管本文說明了一個具有兩個導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)層的器件，應(yīng)當(dāng)理解根據(jù)本發(fā)明也可以制造具有三層或更多層的器件。因此，上述的制造方法可以被很容易地修改為適于加工具有多于兩個導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)層的器件。上面提到的關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點，以及其它一些方面，在以下的詳細(xì)描述中更易于理解。
發(fā)明詳述參照附圖，

圖1中顯示第一層狀子結(jié)構(gòu)或者說薄片10，以及第二層狀子結(jié)構(gòu)或者說薄片12。提供第一和第二薄片10和12是根據(jù)本發(fā)明制造導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)器件的工藝的初始步驟。第一層狀薄片10包括夾在第一和第二金屬層16a和16b之間的第一導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)材料層14。在隨后的處理過程中，提供玻璃纖維加強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料(“半固化層”)制成的中間層18，用于為第一薄片10和第二薄片12之間分層，如后文所述。優(yōu)選的半固化材料由玻璃纖維作為加強(qiáng)介質(zhì)，但其它纖維也可適用。第二薄片12包括夾在第三和第四金屬層16c和16d之間的第二層導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)材料20。導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)層14和20可以由適宜的導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)化合物制造，諸如高密度聚乙烯(HDPE)，其中摻雜有一定量的炭黑，以達(dá)到所要求的電氣工作特性?？梢詤⒁娎鏗ogge等的美國專利5802709，該專利已經(jīng)指定本發(fā)明代理人代理，所披露內(nèi)容在本文中引作參考。
金屬層16a、16b、16c和16d可能由銅或鎳箔材制成，其中鎳箔材優(yōu)選為第二和第三(內(nèi)部)金屬層16b和16c。如果金屬層16a、16b、16c和16d由銅箔材制成，這些箔材與導(dǎo)電聚合物層接觸的表面上有一層鎳金屬噴鍍層(圖中未示出)，以阻止聚合物和銅之間發(fā)生不希望的化學(xué)反應(yīng)。這些聚合物接觸表面優(yōu)選情況下也需要“球化”，通過公知的技術(shù)，以提供可以在聚合物和金屬之間實現(xiàn)良好的粘結(jié)性能的粗糙表面。因此，在圖示的實施例中，金屬層16a、16b、16c和16d在與相鄰導(dǎo)電聚合物接觸的表面上都已被球化。
層狀薄片10、12自身可由領(lǐng)域內(nèi)公知的非常適合的工藝形成，如以下專美國利種所披露的工藝4,426,633-Taylor；5,089,801-Chan等；4,937,551-Plasko；4,787,135-Nagahori，其中優(yōu)選工藝為美國專利5,802,709-Hogge和國際專利WO97/06660。
在這里，按照合適的相對定位或說對準(zhǔn)，提供一些維護(hù)薄片10和12和中間半固化層18的方法以便在加工過程中執(zhí)行后續(xù)步驟是有利的。優(yōu)選地，這通過在薄片10和12的角上形成(例如沖孔或鉆孔)許多基準(zhǔn)孔24實現(xiàn)，如圖2所示。也可以使用本領(lǐng)域內(nèi)公知的其它對準(zhǔn)技術(shù)。
加工過程的下一步在圖2和圖3中顯示，在這一步內(nèi)，第二和第三(內(nèi)部)金屬層16b、16c的一部分金屬被去除，在內(nèi)部金屬層16b、16c上分別形成絕緣平行金屬條26b、26c的第一和第二內(nèi)部陣列。特別是，在第二金屬層16b上形成了第一系列平行的直線內(nèi)部絕緣縫隙28，而在第二第三金屬層16c上形成了第二系列平行的直線絕緣縫隙，并且在第二和第三金屬層16b、16c中的內(nèi)部絕緣縫隙28之間限定內(nèi)部金屬條26b和26c。去除金屬以形成縫隙28是通過使用制造印刷電路板的標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方式完成的，例如使用光致抗蝕劑和蝕刻的方法。去除金屬導(dǎo)致在每個內(nèi)部金屬層16b和16c上相鄰的金屬條26b和26c之間形成直線絕緣縫隙28。在第二和第三金屬層中的內(nèi)部絕緣縫隙28交錯排列以便第一內(nèi)部陣列(在第二金屬層16b中)上的絕緣金屬條26相對第二內(nèi)部陣列(在第三內(nèi)部金屬層16c上)中的絕緣金屬條26c交錯分布。換句話說，第一內(nèi)部陣列上的每個金屬條26b都和第二內(nèi)部陣列上的兩個相鄰條26c有部分重疊，并由第三金屬層16c上的內(nèi)部絕緣縫隙28隔離開。而第二內(nèi)部陣列上的每個金屬條26c位于第一內(nèi)部陣列上的兩個相鄰金屬條26b的一部分下，通過第二金屬層16b上的絕緣縫隙28隔離開。
確保層狀子結(jié)構(gòu)或者薄片10和12以及中間層18都已對準(zhǔn)后，層狀子結(jié)構(gòu)10、12就可以通過一種已知的層疊方法恰當(dāng)?shù)貙盈B在一起，中間半固化層放置在它們之間。層疊可以例如在恰當(dāng)?shù)膲毫鞍牍袒瘜硬牧先埸c以上的溫度下進(jìn)行，從而使中間層18的材料流入并填充絕緣縫隙28，并將層狀子結(jié)構(gòu)10、12粘結(jié)在一起。然后在保持壓力時把層狀結(jié)構(gòu)冷卻至半固化層的熔點以下。結(jié)果是，得到如圖4所示的層狀結(jié)構(gòu)30。在此處，如果希望在特殊應(yīng)用中使用這種器件，層狀結(jié)構(gòu)30中的聚合物材料以用公知的方式交聯(lián)。
下一步，在層狀結(jié)構(gòu)30已經(jīng)成形后執(zhí)行，是將第一和第四金屬層16a和16d的所選取的部分進(jìn)行絕緣以分別形成外部金屬條26a和26d的第一和第二外部陣列。這一步按兩個子步執(zhí)行，第一子步形成一系列貫穿層狀結(jié)構(gòu)30的平行直線槽32，如圖5～7所示。槽32可能通過鉆孔，刨削或者沖壓層狀結(jié)構(gòu)30成形，并完全貫穿四個金屬層16a、16b、16c和16d，兩個聚合物層14和20，以及半固化層18。每個槽通過第一內(nèi)部陣列上的一個金屬條26b和第二內(nèi)部陣列上的一個金屬條26c的重疊部分，因此也分別通過了在第二金屬層16b和第三金屬層16c上相鄰的內(nèi)部絕緣縫隙28之間的中間固化層18。
圖6和圖7顯示了將第一和第四金屬層16a和16d的所選取的部分進(jìn)行絕緣以分別形成外部金屬條26a和26d的第一和第二外部陣列的第二子步。在這一子步內(nèi)，直線外部絕緣縫隙34分別在第一和第四金屬層16a和16d上成形。在第一金屬層16a上的外部絕緣縫隙34與第一系列槽32毗鄰，而在第四金屬層16d上的外部絕緣縫隙34與和第一系列槽相交錯的第二系列槽32毗鄰。外部絕緣縫隙34可以用與前述的形成內(nèi)部絕緣縫隙28的工藝相同的工藝形成。
外部絕緣縫隙34將第一金屬層16a分成眾多第一外部金屬條26a，每個金屬條分布在槽32和外部絕緣縫隙34之間；將第四金屬層16d分成第四金屬層上的眾多第二外部金屬條26d，每個都分布在槽32和外部絕緣縫隙34之間；其中第一陣列的外部金屬條26a位于第二陣列的外部金屬條26d形成的槽32的對面。進(jìn)一步，因為連續(xù)槽32之間的外部絕緣縫34的不對稱間隔，每個外部絕緣縫34分別將一個外部金屬條26a、26d與一個窄外部金屬帶38a、38d分隔開，并且每個槽32一邊是窄外部金屬帶38a和38d，另一邊是金屬條26a和26d。
圖8和圖9顯示在層狀結(jié)構(gòu)30的兩個主要外表面(即頂面和底面)上形成多個絕緣區(qū)域40的步驟。這一步最好使用絲網(wǎng)印刷在層狀結(jié)構(gòu)30的兩個表面上沿每個外部金屬條26a和26d施加一層絕緣材料。絕緣區(qū)域40配置得使外部絕緣縫隙34中填充絕緣材料，但是沿每個槽32的每個鍍了金屬的外部金屬條26a和26d的大部分應(yīng)不加覆蓋或保持裸露。盡管絕緣區(qū)域40可能會覆蓋相鄰的窄帶38a和38d的一小部分，但每個窄帶38a和38d表面的大多數(shù)，如果不是全部，保持不被絕緣表面40覆蓋。
下一步，如圖10所示，第一和第四(外部)金屬層16a和16d裸露的外表面和槽32的內(nèi)壁表面被覆蓋上導(dǎo)電金屬鍍層42，例如錫、鎳或者銅，其中優(yōu)選使用銅?？蛇x擇的是，鍍層42可以包括在非常薄的鎳金屬基層(圖中未示出)上的一層銅，用來提高粘附性。這種金屬鍍層步驟可以使用任何適宜工藝來完成，例如電解沉積。金屬鍍層42可定義為鍍在槽32內(nèi)壁表面上的第一部分和分別鍍在第一和第四金屬層16a和16d的外表面上的第二和第三部分。
然后，如圖11所示，上述步驟所討論的和圖10所表示的、以鍍層42進(jìn)行金屬鍍層的區(qū)域還需在添加一層薄的焊接鍍錫44。焊接鍍錫44，優(yōu)選實施例中使用電鍍的方法，但是也可以采用其它本領(lǐng)域內(nèi)公知的適宜方法進(jìn)行施加(例如回流焊接或者真空沉積)，覆蓋施加在槽32內(nèi)壁表面上金屬鍍層42的部分和外部條26a、26d以及窄金屬帶38a、38d的那些沒有被絕緣區(qū)域40覆蓋的部分。
最后，層狀結(jié)構(gòu)30被分割(使用廣為人知的技術(shù))，優(yōu)選地沿著劃線圖形46(圖12)分割以形成許多單獨的導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)器件，這些器件之一顯示在圖13中，以標(biāo)號50標(biāo)示。分割后，器件包括一個第一外部電極52，由外部金屬條26a的一個第一外部陣列形成；一個第一內(nèi)部電極54，由內(nèi)部金屬條26b的一個第一內(nèi)部陣列形成；一個第二內(nèi)部電極56，由內(nèi)部金屬條26c的一個第二陣列形成；一個第二外部電極58，由外部金屬條26d的一個第二陣列形成。一個第一導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)元件60，由第一聚合物層14形成，位于第一外部電極52和第一內(nèi)部電極54之間；一個第二導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)元件62，由第二聚合物層20，位于第二內(nèi)部電極56和第二外部電極58之間形成。第一和第二內(nèi)部電極54和56通過一個由半固化層18形成的內(nèi)部絕緣層64相互分離并絕緣。
金屬鍍層42和焊鍍層44在器件50相對的兩端形成第一和第二導(dǎo)電引線66和68。第一和第二引線66和68形成器件50的全部端面以及部分頂面和底面。器件50頂面和底面的剩余部分由絕緣區(qū)域40形成，它把第一和第二引線66和68相互電氣絕緣。
可以從圖13非常清楚地看出，第一引線66和第一內(nèi)部電極54、第二外部電極58接觸非常緊密。第二引線58和第一外部電極52、第二內(nèi)部電極56接觸非常緊密。第一引線66也與頂面金屬段70a接觸，該段由上文所述的一條窄金屬帶38a形成；而第二引線68和第二金屬段70d接觸，該段由另一條窄金屬帶38d形成。金屬段70a和70a的面積非常小，因此可以忽略其載流能力，所以不作為電極使用，這點可在下文看清楚。
為了敘述的需要，第一引線66可能被認(rèn)為是輸入端，而第二引線68被認(rèn)為是輸出端，但這些指定是任意的，相反的指定也同樣適用。利用引線66和68這樣的指定，流經(jīng)器件50的電流通道如下電流動輸入端66進(jìn)入，(a)流經(jīng)第一內(nèi)部電極54、第一導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)層14、以及第一外部電極52到輸出引線68；(b)流經(jīng)第二外部電極58、第二導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)層20和第二內(nèi)部電極56，到輸出引線68。這種電流通道相當(dāng)于將導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)層14和20在輸入和輸出引線66和68之間并聯(lián)起來。
應(yīng)當(dāng)理解根據(jù)上述加工工藝制造的器件是非常緊湊的，具有很小的底座，然而卻能夠獲得相對高的耐受電流。
根據(jù)本發(fā)明，器件50的特征在于在第一和第二外部電極52和58的表面上全部有金屬層42，可以提供一個大的表面面積，用來將第一和第二引線66和68的上端和下端分別粘接在器件50的頂面和底面上。所作改進(jìn)的特征在于外部電極52和58的鍍金屬外表面上的外部絕緣區(qū)域40，它位于第一和第二引線66和68的端面之間，在第一第二引線66和68之間提供電絕緣。
上述改進(jìn)相對以前的多層導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)器件具有一些優(yōu)點，所有這些優(yōu)點實質(zhì)上都源于能夠在引線端面和外部電極52和58之間提供一個更大的粘附“片”。特別是，這種結(jié)構(gòu)在引線66、68和外部電極52、58之間產(chǎn)生增強(qiáng)的焊接點強(qiáng)度，提高了散熱質(zhì)量，而且在引線結(jié)合點處降低了接觸電阻。后兩個性質(zhì)反過來可以對給定尺寸的器件提供更高的耐受電流。特別重要的是，在連續(xù)的電極之間提供比以前多層導(dǎo)電聚合物正溫度系數(shù)器件更大的重疊面積，可以增加器件的有效載流橫截面積。這反過來對于給定的底座，進(jìn)一步提高了耐受電流。
應(yīng)當(dāng)理解上述制造方法可以被很容易地修改，以便制造由夾在兩電極之間的單獨一層導(dǎo)電聚合物層組成的器件，同時有一個引線用以連通每個電極，該引線通過在器件上下外表面上的絕緣層彼此電氣絕緣。特別是，這種方法包括如下步驟(1)提供一個層狀結(jié)構(gòu)，包括夾在第一和第二金屬層之間的第一導(dǎo)電聚合物層；(2)對第一和第二金屬層的所選定的區(qū)域進(jìn)行絕緣，以分別形成金屬條的第一和第二陣列；(3)在金屬條的每個第一陣列的外表面上形成大量第一絕緣區(qū)域，在金屬條的每個第二陣列的外表面上形成大量第二絕緣區(qū)域；(4)形成許多第一引線，每個各與第一陣列的一個金屬條電氣連接；和對應(yīng)的許多第二引線，每個各與第二陣列的一個金屬條電氣連接；每個第一引線通過第一大量絕緣區(qū)域之一和第二大量絕緣區(qū)域之一和對應(yīng)的第二引線相互絕緣；(5)將層狀結(jié)構(gòu)分割成大量器件，每個器件包括夾在由第一陣列上的一個金屬條形成的第一電極和由第二陣列上的一個金屬條形成的第二電極之間的導(dǎo)電聚合物層；第一引線只與第一電極電氣接觸，第二引線只與第二電極電氣接觸。
在單層的實施例中，將第一和第二金屬層所選區(qū)域絕緣的步驟包括如下子步(2)(a)在每個第一和第二金屬層上蝕刻一系列直線絕緣縫隙，在第一金屬層上形成第一金屬條陣列，在第二金屬層上形成第二金屬條陣列，這些金屬條相互交錯排列，因此第一陣列上的每個金屬條與第二陣列上的相鄰兩個金屬條有部分重疊；(2)(b)形成一系列貫穿層狀結(jié)構(gòu)的平行直線槽，槽的布置使第一金屬層上的絕緣縫隙與第一系列槽相鄰，而第二金屬層上的絕緣層與和第一系列槽交替排列的第二系列槽相鄰。
形成絕緣區(qū)域和形成引線的步驟要直接執(zhí)行，基本上如上面按照多層結(jié)構(gòu)所敘述的一樣，附帶條件是引線要形成得使所述大量第一引線的每一個只與第一電極電氣接觸，而大量第二引線的每個只與第二電極電氣接觸。
盡管在說明書和附圖中已經(jīng)對優(yōu)選實施結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的描述，應(yīng)當(dāng)理解對于那些領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員來說，可以進(jìn)行多種修改和變動。例如，本文所描述的制造過程，可以用于具有廣泛電子特性的導(dǎo)電聚合化合物，因而不限于那些所列出的正溫度系數(shù)性能。同樣應(yīng)當(dāng)明白，上面所描述的制造方法，可能會很容易地適合加工具有三層或者多層導(dǎo)電聚合物層的器件。進(jìn)一步，盡管本發(fā)明在制造表面安裝器件中具有最突出的優(yōu)點，它也可以適用于制造具有廣泛的物理構(gòu)性和多種安裝要求的多層導(dǎo)電聚合物器件。這些以及其它變動和修改被認(rèn)為是與這里所述的內(nèi)容相同的結(jié)構(gòu)或者加工過程，因此屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造電子器件的方法，包括如下步驟(1)提供(a)第一層狀子結(jié)構(gòu)，包括夾在第一和第二金屬箔材層之間的第一導(dǎo)電聚合物層，和(b)第二層狀子結(jié)構(gòu)，包括夾在第三和第四金屬箔材層之間的第二導(dǎo)電聚合物層；(2)對第二和第三金屬層的所選定的區(qū)域進(jìn)行絕緣，以分別形成內(nèi)部金屬條的第一和第二內(nèi)部陣列；(3)用纖維加強(qiáng)環(huán)氧樹脂層將第一和第二層狀子結(jié)構(gòu)分成兩層以形成層狀結(jié)構(gòu)；(4)對第一和第四金屬層的所選定的區(qū)域進(jìn)行絕緣，以分別形成外部金屬條的第一和第二外部陣列；(5)在每個外金屬條的外表面上形成大量絕緣區(qū)域；(6)形成多個第一引線，每個第一引線將第一內(nèi)部陣列上的內(nèi)部金屬條和第二外部陣列上的外部金屬條電氣連接；還形成多個第二引線，每個第二引線將第一外部陣列上的外部金屬條和第二內(nèi)部陣列上的內(nèi)部金屬條電氣連接。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，導(dǎo)電聚合物表現(xiàn)出正溫度系數(shù)性能。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，金屬層選自鎳箔材和鍍鎳銅箔材。
4.權(quán)利要求1、2或3所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟(7)將層狀結(jié)構(gòu)分成多個器件，每個器件包括一個第一導(dǎo)電聚合物層，夾在第一外部陣列上的一個外部金屬條形成的第一外部電極和第一內(nèi)部陣列上的內(nèi)部金屬條形成的第一內(nèi)部電極之間；一個纖維加強(qiáng)環(huán)氧樹脂層，夾在第一內(nèi)部電極和第二內(nèi)部電極之間，后者由第二內(nèi)部陣列中的一個內(nèi)部金屬條形成；一個第二導(dǎo)電聚合物層，夾在第二內(nèi)部電極和第二外部電極之間，后者在第二外部陣列的一個外部金屬條上形成；其特征在于，第一引線只與第一內(nèi)部和第二外部電極電氣接觸，第二引線只與第一外部電極和第二內(nèi)部電極電氣接觸。
5.權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，絕緣第二和第三金屬層的所選取的區(qū)域的步驟包括在第二和第三金屬層上蝕刻一系列平行的內(nèi)部直線絕緣縫隙，以形成內(nèi)部金屬條的第一和第二內(nèi)部陣列。
6.權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在形成絕緣縫隙的步驟中，在第二和第三金屬層中形成的絕緣間隙彼此交錯排列，使得第一內(nèi)部陣列上的內(nèi)部金屬條相對第二內(nèi)部陣列上的內(nèi)部金屬條交錯排列，從而第一內(nèi)部陣列上的每個內(nèi)部金屬條與第二內(nèi)部陣列上的相鄰的兩個內(nèi)部金屬條的部分重疊。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，絕緣第一和第四金屬層的所選的區(qū)域的步驟包括(4)(a)形成一系列貫穿層狀結(jié)構(gòu)的基本上平行的直線槽，每個槽各經(jīng)過第一內(nèi)部陣列的一個內(nèi)部金屬條和第二內(nèi)部陣列的一個金屬條；(4)(b)在第一和第四金屬層上形成一系列直線的外部絕緣縫隙。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，進(jìn)行形成一系列外部絕緣間隙的步驟，使得在第一金屬層上形成的外部絕緣縫毗鄰第一系列槽，而在第四金屬層上形成的外部絕緣縫毗鄰與第一系列交錯排列的第二系列槽。
9.權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，形成多個絕緣區(qū)域的步驟包括在第一和第四金屬層的外表面上沉積一層絕緣材料，以便用絕緣材料填充外部絕緣縫隙，并把第一和第四金屬層上毗鄰每個槽的部分保留為裸露的金屬面。
10.權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，形成多個第一和第二引線的步驟包括如下步驟(a)在第一和第四金屬層的裸露表面和槽內(nèi)壁表面上鍍導(dǎo)電金屬層；和(b)在槽內(nèi)壁表面和鍍有導(dǎo)電金屬層的第一和第四金屬層表面上沉積鍍錫層。
11.一種含有第一和第二相對端面的電子器件，該器件包括一個夾在第一外部電極和第一內(nèi)部電極之間的第一導(dǎo)電聚合物層；一個夾在第二內(nèi)部電極和第二外部電極之間的第二導(dǎo)電聚合物層；一個粘結(jié)第一和第二內(nèi)部電極的纖維加強(qiáng)環(huán)氧樹脂層；一個使第一內(nèi)部電極和第二外部電極電氣連接的第一引線；以及一個使第二內(nèi)部電極和第一外部電極電氣連接的第二引線。
12.權(quán)利要求11所述的電子器件，其特征在于，電極由金屬箔材制成。
13.權(quán)利要求12所述的電子器件，其特征在于，金屬箔材的制造材料選自鎳和鍍鎳銅。
14.權(quán)利要求11所述的電子器件，其特征在于，第一、第二和第三導(dǎo)電聚合物層由具有正溫度系數(shù)性能的材料制成。
15.權(quán)利要求11所述的電子器件，其特征在于，第一和第二引線由導(dǎo)電金屬鍍層上的鍍錫層形成。
16.權(quán)利要求11、12、13、14、或15任一項所述的電子器件，進(jìn)一步包括在第一和第二外部電極上的絕緣層，并布置得將第一和第二引線相互絕緣。
17.權(quán)利要求11、12、13、14、或15任一項所述的電子器件，其特征在于，在第一和第二引線之間通過第一和第二內(nèi)部電極以及第一和第二外部電極將第一和第二導(dǎo)電聚合物層并聯(lián)。
18.一種制造電子器件的方法，包括如下步驟(1)提供一種層狀結(jié)構(gòu)，該層狀結(jié)構(gòu)包括一個夾在第一和第二金屬層之間的第一導(dǎo)電聚合物層；(2)通過以下步驟將第一和第二金屬層的選定區(qū)域絕緣以分別形成金屬條的第一和第二陣列，(a)在每個第一和第二金屬層上形成一系列基本上直線的絕緣縫隙，在第一金屬層上形成第一金屬條陣列，在第二金屬層上形成第二金屬條陣列，這些金屬條相互交錯排列，其中第一陣列上的每個金屬條與第二陣列上的相鄰兩個金屬條的部分重疊；和(b)形成一系列貫穿層狀結(jié)構(gòu)的基本上平行的直線槽，使第一金屬層上的絕緣縫隙與第一系列槽相鄰，而第二金屬層中的絕緣層與和第一系列槽交替排列的第二系列槽相鄰；(3)在每個第一金屬條陣列的外表面上形成多個第一絕緣區(qū)域，在每個第二金屬條陣列的外表面上形成多個第二絕緣區(qū)域；(4)形成多個第一引線，每個都與第一陣列的一個金屬條電氣連接；形成對應(yīng)的多個第二引線，每個與第二陣列的一個金屬條電氣連接；每個第一引線通過多個第一絕緣區(qū)域中之一和多個第二絕緣區(qū)域中之一與對應(yīng)的第二引線相互絕緣。
19.權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，導(dǎo)電聚合物層具有正溫度系數(shù)性能。
20.權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，金屬層的制造材料選自鎳箔材和鍍鎳銅箔材。
21.權(quán)利要求18、19或20中任一項所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟(5)將層狀結(jié)構(gòu)分離成多個器件，每個器件包括一個夾在由第一陣列中的一個金屬條形成的第一電極和一個由第二陣列中的金屬條形成的第二電極之間的導(dǎo)電聚合物層；一個僅與第一電極電氣接觸的第一引線；以及一個僅與第二電極電氣接觸的第二引線。
22.權(quán)利要求18、19或20中任一項所述的方法，其特征在于，形成第一和第二多個絕緣區(qū)域的步驟包括在第一和第二金屬層的外表面上沉積第一和第二絕緣材料層，以便分別用絕緣材料填充絕緣縫隙，并且把第一和第二金屬層上毗鄰每個槽的部分保留為裸露的金屬區(qū)域。
23.權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，形成多數(shù)第一和第二引線的步驟包括如下步驟(4)(a)在第一和第二金屬層的裸露表面和槽內(nèi)壁表面上鍍導(dǎo)電金屬層；和(4)(b)在鍍金屬層的槽內(nèi)壁表面上以及第一和第二金屬層的鍍層區(qū)域上沉積鍍錫層。
全文摘要
一種制造電子器件的方法，該器件包括在第一和第二引線之間并聯(lián)的第一和第二導(dǎo)電聚合物層，制造包括如下步驟(1)提供(a)第一層狀子結(jié)構(gòu)，包括夾在第一和第二金屬箔材層之間的第一導(dǎo)電聚合物層，和(b)第二層狀子結(jié)構(gòu)，包括夾在第三和第四金屬箔材層之間的第二導(dǎo)電聚合物層；(2)對第二和第三金屬層的選定區(qū)域進(jìn)行絕緣，以分別形成內(nèi)部金屬條的第一和第二內(nèi)部金屬條陣列；(3)用第二和第三箔材層之間的纖維加強(qiáng)環(huán)氧樹脂層將第一和第二層狀子結(jié)構(gòu)粘結(jié)起來形成層狀結(jié)構(gòu)；(4)對第一和第四金屬層的選定區(qū)域進(jìn)行絕緣，以分別形成外部金屬條的第一和第二外部金屬條陣列；(5)在外金屬條的外表面上形成絕緣區(qū)域；(6)形成多個第一引線，每個第一引線將第一內(nèi)部陣列上的金屬條和第二外部陣列上的金屬條電氣連接；還形成多個第二引線，每個第二引線將第一外部陣列上的金屬條和第二內(nèi)部陣列上的金屬條電氣連接；和(7)將層狀結(jié)構(gòu)分離成多個器件，每個器件具有兩個在第一和第二引線之間并聯(lián)的導(dǎo)電聚合物層。
文檔編號H01C7/02GK1399782SQ00816122
公開日2003年2月26日 申請日期2000年11月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月23日
發(fā)明者李文彬, 楊坤明 申請人:伯恩斯公司